система газоудаления из оборудования первого контура реакторной установки водо-водяного типа

Формула изобретения

Система газоудаления из оборудования первого контура реакторной установки водо-водяного типа, включающая реактор с активной зоной, парогенератор с вертикальными "холодным" и "горячим" коллекторами, соединенными пучком горизонтальных теплообменных труб, главные циркуляционные насосы, паровой компенсатор объема с паровой полостью, с которой соединены верхние части вертикальных коллекторов и верхняя часть главного циркуляционного насоса с трубопроводами, на которых установлена запорная арматура с гидроприводом, причем цилиндр гидропривода разделен на подводящие и отводящие рабочие полости, отличающаяся тем, что подводящая рабочая полость соединена с напором главного циркуляционного насоса, а отводящая рабочая полость - с его всасом, при этом на трубопроводах, соединяющих вертикальные "горячие" коллекторы парогенератора с вертикальными "холодными" коллекторами, и трубопроводах, соединяющих вертикальные "холодные" коллекторы с верхней частью главного циркуляционного насоса, установлены дроссели.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к ядерным энергетическим установкам водо-водяного типа, а более конкретно к системам удаления парогазовой смеси из первого контура для предотвращения образования опасной концентрации кислорода и водорода в отдельных местах первого контура и для предотвращения срыва естественной циркуляции в нем.

Известно техническое решение (Реакторная установка ВВЭР-1000. Схема гидравлическая принципиальная 320.00.00.00.000 ГЗ, ОКБ "Гидропресс"), в котором из верхних частей "горячих" и "холодных" вертикальных коллекторов парогенераторов газоудаление производят путем открытия запорной арматуры. Удаление газа производят в систему воздухоудаления.

Недостатком указанного технического решения является то, что в систему воздухоудаления может пойти смесь водорода и кислорода, получающаяся от радиолиза воды (рекомбинация при низких температурах низка), а также водород от разложения гидразин - гидрата N ₂H₄, который подают в теплоноситель первого контура для понижения содержания кислорода в теплоносителе и, как следствие, возможен взрыв гремучей смеси в системе.

Еще одним недостатком указанного технического решения является наличие активного элемента в системе, а именно электропривода в запорной арматуре. Т.к. газоудаление из вертикальных коллекторов парогенераторов необходимо проводить и в аварийных условиях (при отключении электропитания), то для повышения надежности на АЭС параллельно поставлены по три запорные арматуры, электропитание которых происходит от надежного питания (от аккумуляторов). Это удорожает техническое обслуживание и повышает капитальные затраты.

Еще одним недостатком указанного технического решения является то, что запорная арматура работает в режиме ожидания (Надежность атомных станций и их оборудования. Общие положения и номенклатура показателей. ГОСТ 26291-84, п.1.9. Примечание), для которого возможны два вида отказов: несрабатывание на требование включения и ложное срабатывание, т.е. включение в работу при отсутствии соответствующих требований.

Еще одним недостатком указанного технического решения является невыполнение требований к реакторным установкам, а именно: в системах безопасности реакторных установок предпочтительно применение пассивных устройств и свойств "внутренней самозащищенности" (Правила и нормы в атомной энергетике. Общие положения обеспечения безопасности атомных станций (ОПБ-88) ПН АЭ Г-01-011-89).

Кроме того, известно техническое решение (Ровенская АЭС Бл.1. Главный корпус РО. Герметичная часть. Трубопроводы аварийного газоудаления РО АЭС) (система аварийного газоудаления, включающая в себя реактор с активной зоной, парогенератор с вертикальными "холодным" и "горячим" коллекторами, соединенными пучком горизонтальных теплообменных труб, главные циркуляционные насосы, паровой компенсатор объема с паровой полостью, с которой соединены верхние части вертикальных коллекторов и верхняя часть (зона уплотнения) главного циркуляционного насоса с трубопроводами, на которых установлена запорная арматура с гидроприводом, причем цилиндр гидропривода разделен на подводящие и отводящие рабочие полости), в котором выполнено газоудаление из коллекторов парогенераторов в барботер - конденсатор, из которого происходит сдувка в систему дожигания.

В этом техническом решении снижается вероятность взрыва гремучей смеси из-за наличия пара и организованного дожигания гремучей смеси на платиновой сетке, являющейся катализатором для рекомбинации кислорода и водорода, однако, наличие активных элементов в системе снижает надежность и удорожает ее техническое обслуживание, и увеличивает капитальные затраты. Еще одним недостатком указанного технического решения является отсутствие газоудаления из верхней части (зоны уплотнения) главных циркуляционных насосов. Взрыв гремучей смеси в зоне уплотнения может разрушить уплотнение вала главного циркуляционного насоса, что приведет к разуплотнению первого контура.

Наиболее близким техническим решением по отношению к предлагаемому изобретению является изобретение, описанное в (RU 2107344 С1, опубл. 20.03.1998).

Это система газоудаления из оборудования первого контура реакторной установки водо-водяного типа, включающая реактор с активной зоной, парогенератор с вертикальными "холодным" и "горячим" коллекторами, соединенными пучком горизонтальных теплообменных труб, главные циркуляционные насосы, паровой компенсатор объема с паровой полостью, с которой соединены верхние части вертикальных коллекторов и верхняя часть главного циркуляционного насоса с трубопроводами, на которых установлена запорная арматура, что и берется за прототип.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение безопасности и повышение КПД.

Технический результат достигается за счет того, что выполнена система газоудаления из оборудования первого контура реакторной установки водо-водяного типа, включающая в себя реактор с активной зоной, парогенератор с вертикальными "холодным" и "горячим" коллекторами, соединенными пучком горизонтальных теплообменных труб, главные циркуляционные насосы, паровой компенсатор объема с паровой полостью, с которой соединены верхние части вертикальных коллекторов и верхняя часть главного циркуляционного насоса с трубопроводами, на которых установлена запорная арматура с гидроприводом, причем цилиндр гидропривода разделен на подводящие и отводящие рабочие полости, подводящая рабочая полость соединена с напором главного циркуляционного насоса, отводящая рабочая полость - с его всасом, причем на трубопроводах, соединяющих вертикальные "горячие" коллекторы парогенератора с "холодными", и трубопроводах, соединяющих вертикальные "холодные" коллекторы с верхней частью главного циркуляционного насоса, установлены дроссели, что уменьшает перетечки теплоносителя помимо теплообменной поверхности парогенератора.

На фиг.1 схематично показана система газоудаления из оборудования первого контура реакторной установки водо-водяного типа при подводе теплоносителя к главному циркуляционному насосу снизу, на фиг.2 - сбоку. Она состоит из реактора 1 с активной зоной 2, главных циркуляционных трубопроводов 3, главного циркуляционного насоса 4, парогенератора 5, парового компенсатора объема 6 с водяной 7 и паровой 8 полостями. Парогенератор 5 имеет вертикальные "горячий" 9 и "холодный" 10 коллекторы, соединенные пучком 11 горизонтальных теплообменных труб. Главный циркуляционный насос 4 имеет верхнюю часть (зону уплотнения) 12.

Запорная арматура 13 соединена трубопроводом 14 с верхней частью "холодного" вертикального коллектора 10, трубопроводом 15 - с паровой полостью 8 парового компенсатора объема 6. Верхняя часть "горячего" вертикального коллектора 9 соединена трубопроводом 16 с трубопроводом 14, а верхняя часть 12 (зона уплотнения) соединена трубопроводом 17 с трубопроводом 14.

Запорная арматура 13 имеет клапан 18 и седло 19. Клапан 18 соединен штоком 20 с поршнем гидропривода 21. Шток 20 отжат пружиной 22. Поршень гидропривода 21 установлен в цилиндр гидропривода 23 и образует в совокупности гидропривод 24 с подводящей 25 и отводящей 26 рабочими полостями. Подводящая рабочая полость 25 соединена трубопроводом 27 с напором главного циркуляционного насоса 4, а отводящая рабочая полость 26 соединена трубопроводом 28 с всасом главного циркуляционного насоса 4.

На трубопроводе 16 установлен дроссель 29, на трубопроводе 17 установлен дроссель 30. Паровая полость 8 соединена трубопроводом 31 с системой дожигания (не показанной на схеме). На трубопроводе 31 установлена нормально закрытая запорная арматура 32.

На трубопроводе 15 установлена нормально закрытая арматура 33. Работает система газоудаления из оборудования первого контура реакторной установки водо-водяного типа следующим образом.

При номинальном режиме эксплуатации главный циркуляционный насос 4 прокачивает теплоноситель по главным циркуляционным трубопроводам 3 через реактор 1 с активной зоной 2 и парогенератор 5.

В активной зоне 2 теплоноситель нагревается, в парогенераторе 5 теплоноситель отдает тепловую энергию на генерацию пара, который вращает ротор паровой турбины (на схеме не показано). При этом теплоноситель поступает в подводящую полость 25 гидропривода 24 по трубопроводу 27 и отжимает поршень гидропривода 21. Между поршнем гидропривода 21 и цилиндром гидропривода 23 теплоноситель из подводящей рабочей полости 25 протекает в отводящую рабочую полость 26, из которой по трубопроводу 28 отводится на всас главного циркуляционного насоса 4. При этом давление в подводящей рабочей полости 25 соответствует давлению на напоре главного циркуляционного насоса 4, а в отводящей рабочей полости 26 соответствует давлению на всасе главного циркуляционного насоса 4, т.е. 0,5- 0,6 МПа и меньше.

Поршень гидрозатвора 21 сжимает пружину 22 и через шток 20 прижимает клапан 18 к седлу 19 запорной арматуры 13: при этом потока теплоносителя нет (верхние протечки незначительны и соответствуют протечкам через закрытую арматуру) [5]). Из "горячего" вертикального коллектора в "холодный" по трубопроводу 16 теплоноситель протекает в "холодный" вертикальный коллектор 10 по трубопроводу 17 (фиг.1).

На схеме фиг.2 наоборот, из "холодного" вертикального коллектора 10 теплоноситель протекает в верхнюю часть (зоны уплотнения) 12. Дроссель 30 ограничивает протечку теплоносителя.

В номинальном режиме пар в теплоносителе отсутствует, неконденсируемые газы будут забрасываться потоком теплоносителя в реактор 1, из которого будут удаляться специальной системой (не показанной на схеме) в систему дожигания.

При оставленных нормально или аварийно главных циркуляционных насосах 4 давление теплоносителя в подводящей рабочей полости 25 и отводящих рабочей полости 26 выравнивается. Пружина 22 отжимает шток 20 и открывает клапан 18 от седла 19. Запорная арматура 13 открыта. Пар или газ, если они образуются в первом контуре, будут скапливаться, естественно, в верхних частях оборудования:

в вертикальных "холодном" 10 и "горячем" коллекторах 9, в верхней части (зоне уплотнения) 12 главного циркуляционного насоса 4.

За счет гидростатического давления пар (газ) из вертикального "холодного" коллектора будет уходить по трубопроводу 14 и 15 через открытую запорную арматуру 13 в паровую полость 8 парового компенсатора объема 6.

Пар (газ) поступает из вертикального "горячего" коллектора 9 в "холодный" вертикальный коллектор 10 по пучку горизонтальных теплообменных труб 11, а по трубопроводу 16 в трубопровод 14. Далее через открытую запорную арматуру 13 и трубопровод 15 пар (газ) поступает в паровую полость 8.

При этом основная масса пара (газа) из "горячего" вертикального коллектора 9 перетечет в "холодный" вертикальный коллектор через пучок 11 горизонтальных теплообменных труб. По трубопроводу 16 будет перетекать пар (газ) на верхней части "горячего" вертикального коллектора 9, лежащей выше пучка 11 горизонтальных теплообменных труб, таким образом дроссель 29 не превратит систему газоудаления в неработоспособное устройство, т.к. объем верхней части "горячего" вертикального коллектора незначителен и наличие в нем пара (газа) не будет препятствовать естественной циркуляции. Из верхней части (зоны уплотнения) 12 пар (газ) по трубопроводу 17 будет поступать в трубопровод 14 и далее через открытую запорную арматуру 13, трубопровод 15 в паровую полость 8. Так как в паровой полости 8 высокая температура пара, то рекомбинация кислорода и водорода идет интенсивно, но не носит характер взрыва, т.к. наличие пара более 50% препятствует этому.

Для удаления неконденсируемых газов из парового пространства 8 периодически открывают запорную арматуру 32, и пар вместе с неконденсируемыми газами поступает по трубопроводу 31 в систему дожигания. Нормально открытая арматура 33 служит для резервирования запорной арматуры 13 при ее "заедании" (незакрытии) при пуске главного циркуляционного насоса 4.

Предлагаемое изобретение предназначено повысить надежность реакторной установки путем ликвидации в ней активных элементов, работающих в тяжелом режиме ожидания, введение пассивных элементов придает реакторной установке свойства внутренней самозащищенности.

В первом контуре не будет возникать паровых (газовых) пробок и не будет нарушена естественная циркуляция теплоносителя при остановленных главных циркуляционных насосах, не нарушится отвод остаточного тепловыделения в активной зоне.

Еще одним положительным результатом предложенного изобретения является то, что воздух из всего оборудования первого контура при его заполнении водой можно удалять через один трубопровод 31, подсоединенный к паровой полости 8 парового компенсатора объема 6, соответственно упрощается вся система воздухоудаления, уменьшается количество запорной арматуры, являющейся границей первого контура и являющейся потенциальным источником его разгерметизации, упрощается система управления, снижается стоимость оборудования, стоимость технического обслуживания.